顶板淋水软岩巷道围岩控制技术研究

郝晓辉

（山西汾西中兴煤业有限责任公司，山西 交城 030500）

引言

锚网索支护常应用于巷道围岩控制技术中，但是当掘进巷道所在区域内地质构造复杂、围岩为软岩且存在顶板淋水时，采用常规的支护技术难以确保巷道围岩稳定[1-4]。为此，众多的学者对复杂地质条件下巷道围岩控制技术展开研究，其中姚强岭等对巷道导水原因进行分析，并根据巷道围岩、地质条件对支护方案进行设计，现场应用后有效控制了巷道围岩变形；杨天鸿等对围岩涌水给巷道支护影响进行分析。上述研究成果为淋水软岩巷道围岩控制提供了宝贵经验借鉴。本文以山西某矿2506工作面运输巷掘进为工程背景，对软岩淋水巷道围岩控制技术展开研究。

1 2506工作面概况

2506工作面回采5号煤层，厚度3.1 m、埋深245 m、倾角2~6°。2506运输巷沿着5号煤底板掘进，设计掘进长度806 m，断面为矩形（宽、高分别为4.5 m、3.0 m），巷道采用锚网支护。

5号煤层顶底板岩为承载能力低以及裂隙相对发育的泥岩、砂质泥岩，顶板砂岩含水层中含有一定量的裂隙水。2506运输巷掘进至450 m位置时顶板出现淋水问题，淋水量为4.6 m3/h，巷道围岩变形量增加。支护采用的锚网索出现锈蚀、顶板下沉量增加。

2 围岩变形原因分析

2506运输巷围岩为承载能力以及强度较低的泥岩、砂质泥岩，在掘进至450 m位置围岩变形量较大的主要原因是顶板淋水。根据现场情况，围岩变形量大原因主要为：

1）随着巷道的不断掘进，围岩应力重新分布，顶板裂隙与上覆砂岩含水层裂隙相联通，使得顶板裂隙水沿着裂隙向巷道内涌出，顶板出现一定程度淋水。

2）2506运输巷围岩为泥岩、砂质泥岩，在水作用下围岩裂隙发育，承载力进一步降低，随着涌水时间增加顶板泥岩、砂质泥岩出现一定程度膨胀变形问题，从而加剧顶板下沉量。

3）顶板裂隙水中呈弱酸性，从锚杆、锚索孔中外渗过程中会严重锈蚀锚杆、锚索以及金属网，降低支护体系整体强度，严重时甚至导致锚网索失效，从而使得围岩变形量增加。

3 围岩支护技术

从上述分析发现顶板淋水、围岩为强度及承载能力较低的泥岩、砂质泥岩是导致巷道围岩变形量较大的主要原因。为了确保巷道围岩稳定，首先需要解决顶板淋水问题，然后通过增加巷道支护强度来实现围岩稳定。为此，提出的支护措施为：顶板裂隙水疏排+围岩支护加固+预应力锚杆（索）支护。

3.1 疏排顶板涌水

2506运输巷顶板淋水水源为上覆砂岩裂隙水，本身该含水层富水性中等，仅局部位置可能存在影响巷道掘进问题，通过布置合理的疏排水钻孔即可有效降低该含水层含水量，从而降低甚至杜绝掘进巷道顶板淋水问题。若采用定向钻孔疏排顶板裂隙水则存在投入大问题，为此，提出在掘进迎头布置疏排水钻孔对顶板裂隙水进行疏排，具体钻孔布置形式见下页图1所示。布置的疏排水钻孔终孔与巷道顶板高度为10 m，控制巷道掘进外轮廓线10 m位置，钻孔倾角控制在45°~60°。

图1 迎头疏排水钻孔布置示意图

3.2 封堵围岩导水裂隙

为降低淋水对围岩围岩强度弱化影响，提出采用围岩支护、封堵锚杆(索)钻孔以及表层喷浆等方式封堵导水裂隙。

在巷道掘进至顶板淋水位置时，采用注浆方式对导水裂隙进行封堵。由于围岩本身为遇水膨胀的泥岩、砂质泥岩，为此选用化学注浆材料对围岩导水裂隙进行封堵，具体选用矿井常用的马丽散注浆材料。

巷道围岩控制使用的锚杆、锚索孔施工完毕后，在锚杆顶部、底部位置分别使用锚固剂进行锚固，从而避免裂隙水沿着锚杆、锚索孔外渗。

巷道开挖掘进完成后即在表层喷射厚度50 mm混凝土，支护体系施工完成后再喷射厚度50 mm混凝土，通过封堵表层裂隙来控制巷道围岩变形。

3.3 优化预应力锚杆（索）支护

对巷道支护参数进行优化，具体优化后的支护断面见图2所示。支护使用的锚索长度增加至6 300 mm，同时巷帮角位置锚杆均有一定外插角，从而有效控制围岩变形。支护使用的锚索间排距均设计为2 000 mm，锚杆间排距均设计为1 000 mm。在顶板使用梯子梁、金属网等提高巷道支护强度。

图2 预应力锚杆（索）支护示意图（单位：mm）

4 支护效果分析

在2506运输巷应用疏排水、注浆以及强化围岩支护等方式控制顶板淋水段围岩变形，现场应用后巷道掘进期间顶板不在出现淋水，巷道顶底板、两帮变形量分别在40 mm、49 mm以内。

5 结论

1）2506运输巷掘进至450 m位置围岩变形量较为严重。分析发现围岩变形量主要原因为顶板淋水、围岩松软承载力低以及本身支护强度不足等因素影响。因此，对巷道淋水水源进行疏排，并综合使用封堵导水裂隙、表层裂隙以及强化巷道围岩支护强度等措施可有效控制围岩变形。

2）依据2506运输巷实际条件对疏排水钻孔布置参数、注浆以及表层喷浆参数、预应力锚网索参数等进行设计。现场应用后，巷道掘进期间未再出现淋水问题，同时顶底板、巷帮变形量被控制在40 mm、49 mm，围岩控制效果较好。